一种夏热冬冷地区太阳能-地源热泵三联供系统及其运行工况的制作方法

本发明属于暖通空调及可再生能源利用技术领域，涉及一种夏热冬冷地区太阳能-地源热泵三联供系统及其运行工况，具体的说是涉及一种可进行夏季供冷、冬季供热及全年提供生活热水的夏热冬冷地区太阳能-地源热泵三联供系统及其运行工况。

背景技术：

地源热泵作为一种高效环保型可再生能源利用技术，被认为是当前最具发展潜力的暖通空调技术之一。冷凝热回收作为当前建筑节能技术的重要组成部分，已成功应用于各类建筑中。将冷凝热回收技术与地源热泵相结合而构成的带热回收型地源热泵技术，由于可以实现夏季供冷、冬季供热及全年供生活热水的三联供功能，现已广泛应用于夏热冬冷地区各类民用建筑之中。

然而，夏热冬冷地区全年建筑冷热负荷相当，但现有地源热泵三联供系统中由于地源热泵还承担了全年的生活热水负荷，且夏季排热优先用于热回收提供生活热水，从而导致地埋管全年的累积取热量远远大于夏季土壤排热量，造成土壤温度逐年降低，形成了“冷堆积”。这势必会降低热泵冬季运行效率，甚至出现冬季无法开机的极端情况。因此，有必要提出一种既能满足三联供要求，又能确保土壤热平衡，以实现系统持续高效运行的新型三联地源热泵系统。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述现有技术中存在的不足，提出一种夏热冬冷地区太阳能-地源热泵三联供系统及其运行工况，通过本系统可满足夏季供冷、冬季供热、全年提供生活热水，又可确保土壤热平衡，可有效解决土壤冷堆积问题，确保系统持续高效运行，可实现太阳能与地热能的综合高效利用。

本发明的技术方案：一种夏热冬冷地区太阳能-地源热泵三联供系统，其特征在于：所述太阳能-地源热泵三联供系统由热泵机组、地埋管换热器、用户末端、太阳能集热器、保温水箱、水泵和阀门连接组成；所述热泵机组由蒸发器与冷凝器构成，所述蒸发器的出口分别通过阀门第一阀门、第二阀门与第二水泵、第一水泵的进口连接；所述蒸发器的进口通过第八阀门、第十阀门与用户末端的出口连接，所述蒸发器的进口通过第七阀门、第十六阀门、第十五阀门与地埋管换热器的出口连接，所述冷凝器的出口分别通过第三阀门、第四阀门与第二水泵、第一水泵的进口连接，所述冷凝器的进口通过第六阀门、第十阀门与用户末端的出口连接，所述冷凝器的进口通过第五阀门、第十六阀门、第十五阀门与地埋管换热器的出口连接，所述第一水泵的出口分别通过第九阀门、第十一阀门与用户末端的进口及保温水箱连接，所述用户末端的出口通过第十阀门、第十二阀门与保温水箱连接，所述第二水泵的出口通过第十七阀门与地埋管换热器连接，通过第十七阀门、第十四阀门与保温水箱连接，所述第三水泵的进口与保温水箱连接，所述第三水泵通过第十四阀门、第十五阀门与地埋管换热器的出口连接。

所述保温水箱为内置盘管换热器的非承压式保温水箱，其容积大小依据全年生活热水用水量、太阳能集热器面积及保温时间综合确定。

所述太阳能集热器为真空管式集热器，其集热面积大小根据全年生活热水用量、地埋管全年累积取、排热量差值计算确定；太阳能集热器的进口与水泵的出口连接；太阳能集热器的出口与保温水箱连接。

一种夏热冬冷地区太阳能-地源热泵三联供系统的运行工况如下：

(1)地源热泵供冷+太阳能供热水模式：该模式在夏季运行，地源热泵按供冷工况提供制冷，太阳能用于提供生活用热水；此时，开启热泵机组、用户末端、第一水泵、第二水泵、第四水泵，第二阀门、第三阀门、第五阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门、第十五阀门、第十六阀门、第十七阀门开启，第一阀门、第四阀门、第六阀门、第七阀门、第十一阀门、第十二阀门、第十三阀门、第十四阀门关闭；

(2)太阳能-地源热泵供热模式：该模式在冬季运行，地源热泵按供热工况提供制热，优先使用太阳能提供生活用热水，不足部分采用地源热泵辅助加热；此时，开启热泵机组、用户末端、第一水泵、第二水泵、第四水泵，地源热泵用于用户供暖时，第一阀门、第四阀门、第六阀门、第七阀门、第九阀门、第十阀门、第十五阀门、第十六阀门、第十七阀门开启，第二阀门、第三阀门、第五阀门、第八阀门、第十一阀门、第十二阀门、第十三阀门、第十四阀门关闭；地源热泵用于生活热水辅助加热时，第一阀门、第四阀门、第六阀门、第七阀门、第十一阀门、第十二阀门、第十五阀门、第十六阀门、第十七阀门开启，第二阀门、第三阀门、第五阀门、第八阀门、第九阀门、第十阀门、第十三阀门、第十四阀门关闭；

(3)太阳能供热水+太阳能土壤蓄热模式：该模式在无需供冷供热的过渡季节运行，地源热泵系统停开，仅开启太阳能蓄热循环系统与水箱-土壤蓄热循环系统，太阳能优先用于提供生活热水，富裕的太阳能则通过地埋管换热器蓄存于土壤中；此时，开启第三水泵、第四水泵，第十三阀门、第十四阀门、第十五阀门开启，第十六阀门、第十七阀门关闭；

(4)各运行模式间的切换根据季节变化及土壤温度变化综合来考虑，并通过调节全年土壤累积取放热量来确保全年运行后土壤温度的恢复，以保证土壤热平衡。

本发明的有益效果为：本发明提出的一种夏热冬冷地区太阳能-地源热泵三联供系统及其运行工况，系统整体由热泵机组、地埋管换热器、用户末端、太阳能集热器、保温水箱、水泵和阀门连接组成，运行模式科学合理且多样化，不同模式间调节灵活，通过调节太阳能土壤蓄热量，有效解决了现有夏热冬冷地区地源热泵三联供系统所出现的土壤冷堆积问题，确保系统持续高效运行；在满足建筑夏季供冷、冬季供热、全年提供生活热水的基础上，实现了太阳能与地热能的综合高效利用。

附图说明

图1为本发明系统原理图。

图中：热泵机组1、地埋管换热器2、用户末端3、太阳能集热器4、保温水箱5、第一水泵6-1、第二水泵6-2、第三水泵6-3、第四水泵6-4、第一阀门7-1、第二阀门7-2、第三阀门7-3、第四阀门7-4、第五阀门7-5、第六阀门7-6、第七阀门7-7、第八阀门7-8、第九阀门7-9、第十阀门7-10、第十一阀门7-11、第十二阀门7-12、第十三阀门7-13、第十四阀门7-14、第十五阀门7-15、第十六阀门7-16、第十七阀门7-17。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种夏热冬冷地区太阳能-地源热泵三联供系统，太阳能-地源热泵三联供系统由热泵机组1、地埋管换热器2、用户末端3、太阳能集热器4、保温水箱5、水泵和阀门连接组成；热泵机组1由蒸发器1-1与冷凝器1-2构成，蒸发器1-1的出口分别通过阀门第一阀门7-1、第二阀门7-2与第二水泵6-2、第一水泵6-1的进口连接；蒸发器1-1的进口通过第八阀门7-8、第十阀门7-10与用户末端3的出口连接，蒸发器1-1的进口通过第七阀门7-7、第十六阀门7-16、第十五阀门7-15与地埋管换热器2的出口连接，冷凝器1-2的出口分别通过第三阀门7-3、第四阀门7-4与第二水泵6-2、第一水泵6-1的进口连接，冷凝器1-2的进口通过第六阀门7-6、第十阀门7-10与用户末端3的出口连接，冷凝器1-2的进口通过第五阀门7-5、第十六阀门7-16、第十五阀门7-15与地埋管换热器2的出口连接，第一水泵6-1的出口分别通过第九阀门7-9、第十一阀门7-11与用户末端3的进口及保温水箱5连接，用户末端3的出口通过第十阀门7-10、第十二阀门7-12与保温水箱5连接，第二水泵6-2的出口通过第十七阀门7-17与地埋管换热器2连接，通过第十七阀门7-17、第十四阀门7-13与保温水箱5连接，第三水泵6-3的进口与保温水箱5连接，第三水泵6-3通过第十四阀门7-14、第十五阀门7-15与地埋管换热器2的出口连接。

如图1所示，一种夏热冬冷地区太阳能-地源热泵三联供系统，保温水箱5为内置盘管换热器的非承压式保温水箱，其容积大小依据全年生活热水用水量、太阳能集热器面积及保温时间综合确定；太阳能集热器4为真空管式集热器，其集热面积大小根据全年生活热水用量、地埋管全年累积取、排热量差值计算确定；太阳能集热器4的进口与水泵6-4的出口连接；太阳能集热器4的出口与保温水箱5连接。

一种夏热冬冷地区太阳能-地源热泵三联供系统的运行工况如下：

(1)地源热泵供冷+太阳能供热水模式：该模式在夏季运行，地源热泵按供冷工况提供制冷，太阳能用于提供生活用热水；此时，开启热泵机组1、用户末端3、第一水泵6-1、第二水泵6-2、第四水泵6-4，第二阀门7-2、第三阀门7-3、第五阀门7-5、第八阀门7-8、第九阀门7-9、第十阀门7-10、第十五阀门7-15、第十六阀门7-16、第十七阀门7-17开启，第一阀门7-1、第四阀门7-4、第六阀门7-6、第七阀门7-7、第十一阀门7-11、第十二阀门7-12、第十三阀门7-13、第十四阀门7-14关闭；

(2)太阳能-地源热泵供热模式：该模式在冬季运行，地源热泵按供热工况提供制热，优先使用太阳能提供生活用热水，不足部分采用地源热泵辅助加热；此时，开启热泵机组1、用户末端3、第一水泵6-1、第二水泵6-2、第四水泵6-4，地源热泵用于用户供暖时，第一阀门7-1、第四阀门7-4、第六阀门7-6、第七阀门7-7、第九阀门7-9、第十阀门7-10、第十五阀门7-15、第十六阀门7-16、第十七阀门7-17开启，第二阀门7-2、第三阀门7-3、第五阀门7-5、第八阀门7-8、第十一阀门7-11、第十二阀门7-12、第十三阀门7-13、第十四阀门7-14关闭；地源热泵用于生活热水辅助加热时，第一阀门7-1、第四阀门7-4、第六阀门7-6、第七阀门7-7、第十一阀门7-11、第十二阀门7-12、第十五阀门7-15、第十六阀门7-16、第十七阀门7-17开启，第二阀门7-2、第三阀门7-3、第五阀门7-5、第八阀门7-8、第九阀门7-9、第十阀门7-10、第十三阀门7-13、第十四阀门7-14关闭；

(3)太阳能供热水+太阳能土壤蓄热模式：该模式在无需供冷供热的过渡季节运行，地源热泵系统停开，仅开启太阳能蓄热循环系统与水箱-土壤蓄热循环系统，太阳能优先用于提供生活热水，富裕的太阳能则通过地埋管换热器蓄存于土壤中；此时，开启第三水泵6-3、第四水泵6-4，第十三阀门7-13、第十四阀门7-14、第十五阀门7-15开启，第十六阀门7-16、第十七阀门7-17关闭；

(4)各运行模式间的切换根据季节变化及土壤温度变化综合来考虑，并通过调节全年土壤累积取放热量来确保全年运行后土壤温度的恢复，以保证土壤热平衡。